【K12教育学习资料】2018届高三物理二轮复习专题五物理实验第1讲力学实验逐题对点特训

第1讲 力学实验
1．(2017·福建福州质检)图甲为在气垫导轨上研究匀变速直线运动的示意图，滑块上装有宽度为d (很小)的遮光条，滑块在钩码作用下先后通过两个光电门，用光电计时器记录遮光条通过光电门1的时间Δt 以及遮光条从光电门1运动到光电门2的时间t ，用刻度尺测出两个光电门之间的距离x .
(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d ，示数如图乙，则d ＝__0.75__cm.
(2)实验时，滑块从光电门1的右侧某处由静止释放，测得Δt ＝50 ms ，则遮光条经过光电门1时的速度v ＝__0.15__m/s.
(3)保持其他实验条件不变，只调节光电门2的位置，滑块每次都从同一位置由静止释放，记录几组x 及其对应的t ，作出x t
－t 图象如图丙，其斜率为k ，则滑块加速度的大小a 与k 的关系可表达为a ＝__2k __.
解析 (1)由游标卡尺的读数规则可知，读数应为d ＝7 mm ＋5×0.1 mm＝7.5 mm ＝0.75 cm.(2)由于挡光时间极短，因此滑块通过光电门的速度等于挡光时间内的平均速度，则v ＝
d Δt ＝0.75×10－2
m 50×10－3 s
＝0.15 m/s.(3)滑块由光电门1运动到光电门2的过程中，由位移公式x ＝vt ＋12at 2，整理得x t ＝12at ＋v ，因此可知图象的斜率k ＝12
a ，则加速度a ＝2k . 2．(2017·安徽师大附中模拟)如图甲所示是某实验小组利用水平气垫导轨等实验装置来验证钩码和滑块所组成系统在运动过程中机械能是否守恒．
(1)如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d ＝__0.52__cm ；实验时将滑块从图甲所示位置由静止释放，由光电计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt ＝1.2×10－2
s ，则滑块经过光电门时的瞬时速度为__0.43__m/s.在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m 、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离x 和__滑块与遮光条的总质量M __.(文字说明并用相应的字母表示)
(2)本实验通过比较mgx 和 12(m ＋M )⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2 (用测量的物理量符号表示)在实验误差允许的范围内相等，从而验证系统的机械能守恒．
解析 (1)遮光条的宽度d ＝5 mm ＋2×0.1 mm＝5.2 mm ＝0.52 cm ；滑块经过光电门时的
速度为v ＝d Δt ＝0.52×10－2
m 1.2×10－2 s
≈0.43 m/s；实验需要测量的物理量还有滑块与遮光条的总质量M .(2)本实验通过比较mgx 与12(m ＋M )v 2，即mgx 与12(m ＋M )⎝ ⎛⎭
⎪⎫d Δt 2，在实验误差允许范围内相等，从而验证系统的机械能守恒．
3．(2017·山东重点中学模拟)某同学使用有透光狭缝的钢条和光电计时器的装置测量重力加速度，如图甲所示．在钢条下落过程中，钢条挡住光源发出的光时，计时器开始计时，透光时停止计时，若再次挡光，计时器将重新计时．实验中该同学将钢条竖直置于一定高度(下端A 高于光控开关)，由静止释放，测得先后两段挡光时间t 1和t 2.
(1)用游标卡尺测量AB 、AC 的长度，其中AB 的长度如图乙所示，其值为__74.3__mm.
(2)若狭缝宽度忽略，则该同学利用v AB ＝AB
t 1、v BC ＝BC t 2
，求出v AB 和v BC 后，则重力加速度g ＝ v BC －v AB t 1＋t 2 . (3)若狭缝宽度不能忽略，仍然按照(2)的方法得到的重力加速度值比其真实值__偏大__．(选填“偏大”或“偏小”)
解析 (1)AB 的长度为7 cm ＋4mm ＋3.0×0.1 mm＝74.3 mm.(2)AB 中间时刻的速度为v 1
＝v AB ，BC 中间时刻的速度v 2＝v BC ，由g ＝Δv Δt ＝v 2－v 1t 1＋t 2/2＝v BC －v AB t 1＋t 2
.(3)若狭缝宽度不能忽略，则实际运动时间会延长，故按(2)的方法得到的重力加速度比其真实值偏大．
4．(2017·辽宁三校调考)某研究性学习小组觉得教材中探究动能定理的实验过程较复杂，改进如下：如图所示，木板放在桌子的边缘，小车的前端放一小球，小车在1条橡皮筋(图中未画出)的作用下由静止开始向右做加速运动，到桌子边缘后小车在挡板作用下停止运动，小球做平拋运动，测出橡皮筋条数为1、2、3、…、n 时，小球做平抛运动的落点到桌子边缘的水平距离分别为x 1、x 2、x 3、…、x n .
(1)关于实验条件的改进和有关系统误差的说法中正确的是__CD__.
A ．为了平衡摩擦力，实验中必须把木板的左端垫高
B ．实验中，小球的质量为m ，小车的质量为M ，则必须满足m ≪M
C ．实验中，小球的拋出点离地面的高度对得出实验的结论没有影响
D ．为了防止小球因为小车与挡板碰撞引起的振动而跳起，可以在挡板前安装一个缓冲器
(2)小车与桌面、小球与小车间的摩擦都可以忽略，实验中测得的一组数据如下：
根据实验数据可以得出__x 2－n __(选填“x －n ”“x 2－n ”“x －n 2”或“x
－n ”)图象为一直线，则说明在误差允许的范围内，合外力所做的功等于小车和小球动能的增加量．
(3)若小球的质量为m ＝1 kg ，小车的质量为M ＝2 kg ，小球的抛出点离地面的高度h ＝0.5 m ，重力加速度g 取10 m/s 2
，根据表中数据可得n ＝6时，橡皮筋对小车和小球做的功
为__57.6_J__.
解析 (1)如果为了平衡摩擦力而把木板左端垫高，则小球在小车停止运动时不做平抛运动，故选项A 错误；橡皮筋是对小车和小球组成的整体做功，小球平抛的初速度作为小车和小球的共同速度，故小车的质量与小球的质量无关，不需要满足m ≪M ，选项B 错误；实验中，小球抛出点离地面的高度主要影响平抛运动的时间，故对得出实验的结论没有影响，选项C 正确；如果碰撞产生的振动使小球跳起，则不能保证小球做平抛运动，选项D 正确．(2)从题表中数据可以得出x 2与n 成正比例关系，故x 2－n 图象为一直线．(3)设一条橡皮筋对
小车和小球做功为W ，则有n 条橡皮筋作用时，如果动能定理成立，有nW ＝12
(m ＋M )v 2－0，小球做平抛运动时，则有x ＝vt ，h ＝12
gt 2，联立解得x 2＝4hW m ＋M g ·n ，x 2与n 成正比例关系，则4hW m ＋M g
＝0.64 m 2，故W ＝9.6 J ．n ＝6时，橡皮筋对小球和小车做的功为57.6 J. 5．(2017·陕西宝鸡质检)某同学利用如图甲所示装置探究“加速度与力、物体质量的关系”，图中装有砝码的小车放在长木板上，左端拴有一不可伸长的细绳，跨过固定在木板边缘的滑轮与一砝码盘相连．在砝码盘的牵引下，小车在长木板上做匀加速直线运动，图乙是该同学做实验时打点计时器在纸带上打出的一些连续的点，该同学测得相邻点之间的距离分别是s 1、s 2、s 3、s 4、s 5、s 6，打点计时器所接交流电的周期为T .小车及车中砝码的总质量为M ，砝码盘和盘中砝码的总质量为m ，当地重力加速度为g .
请回答下列问题：
(1)根据以上数据可得小车运动的加速度表达式为a ＝ s 6＋s 5＋s 4－s 3－s 2－s 19T . (2)该同学先探究在合外力不变的情况下，加速度与质量的关系，以下说法正确的是__D__.
A ．平衡摩擦力时，要把装有砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上，把木板不带滑轮的一端缓慢抬起，反复调节直到纸带上打出的点迹均匀为止
B ．由于小车受到的摩擦力与自身重力有关，所以每次改变小车质量时，都要重新平衡摩擦力
C ．用天平测出M 和m 后，小车运动的加速度可以直接用公式a ＝mg M
求出
D ．在改变小车质量M 时，会发现M 的值越大，实验的误差就越小
(3)该同学接下来探究在质量不变的情况下，加速度与合外力的关系．他平衡摩擦力后，每次都将小车中的砝码取出一个放在砝码盘中，用天平测得砝码盘及盘中砝码的总质量m ，并通过打点计时器打出的纸带求出加速度．得到多组数据后，绘出a －F 图象，发现图象是一条过坐标原点的倾斜直线，如图丙所示．图象中直线的斜率表示 1m ＋M
.(用本实验中可测量的量表示)
(4)该同学在这个探究实验中采用的物理学思想方法为__B__.
A ．理想化模型法
B ．控制变量法
C ．极限法
D ．比值法
解析 (1)运用Δx ＝aT 2
和逐差法可得小车运动的加速度表达式为a ＝s 6＋s 5＋s 4－s 3－s 2－s 19T
2.(2)平衡摩擦力时，要把装砝码的砝码盘去掉，把木板不带滑轮的一端缓缓抬起，反复调节直到纸带上打出的点迹均匀为止，A 错误；每次改变小车质量不需要重新平衡摩擦力，B 错误；小车运动的加速度需要根据纸带上打出的点迹，经过计算的车，不能直接用公式a ＝mg M 求出，C 错误；在改变小车质量时，小车质量M 越大，小车所受拉力与盘中砝码和砝码盘的总重力相差越小，实验误差越小，D 正确．(3)把小车、砝码和砝码盘看作整体，由牛顿第二定律，F ＝(M ＋m )a ，解得a ＝
1m ＋M F .绘出a －F 图象，a －F 图象的斜率表示
1m ＋M
.(4)该同学在这个探究实验中采用的物理学思想方法为控制变量法，选项B 正确．。